离子液体中电沉积制备无取代铁酞菁纳米膜及其电催化应用研究

摘要

金属酞菁配合物(MPc)已被广泛地用于电催化分析领域,其中采用合适的固定化技术制备MPc修饰电极,是研究MPc在电催化分析领域应用的关键步骤之一。由于无取代MPc溶解性极差,严重影响了无取代MPc修饰电极的制备和所制备电极的操作性能；在一定程度上,通过较昂贵的原料和繁杂合成过程制备取代MPc,可以消除一些不利因素,但这也增加了其实际应用成本。本论文以功能化离子液体1-辛基-3-甲基咪唑三氟乙酸([Omim]TFA)为溶剂和支持电解质,无取代铁酞菁(u-FePc)为无取代MPc模型化合物,采用电化学沉积技术制备了u-FePc纳米膜,并考察了所制备的u-FePc电沉积膜在电催化分析领域的应用,具体工作如下:
　　 1.将u-FePc溶解在制备的[Omim]TFA离子液体中,在没有外加支持电解质情况下,采用电化学沉积技术制得了u-FePc修饰膜,详细考察了电沉积参数(如沉积时间、温度、扫描速度和u-FePc浓度等)对电沉积修饰膜结构的影响。结果表明:随着沉积温度的升高,修饰膜中的u-FePc粒径由50 nm增大到100 nm左右；改变沉积扫速,也可以调变修饰膜中的u-FePc粒径和膜的致密度。
　　 2.以NO2-为电催化研究对象,初步考察了纳米u-FePc电沉积膜对NaNO2的电催化氧化性能。结果表明,20℃,沉积圈数为40条件下制备的修饰电极催化NO2-氧化的效果最好；与裸电极对比发现,NO2-在该修饰电极上的氧化峰电位负移了172 mV,峰电流增加了3倍。在优化条件下,NO2-的浓度在9.91×10-5～2.85×10-3mol／L范围内与响应电流呈现良好的线性关系,检测下限为3.14×10-5mol／L,且响应快速,达到稳定响应的时间小于5s。
　　 3.将制备的纳米u-FePc电沉积膜应用于电致化学发光(ECL)分析研究。通过考察u-FePc纳米膜催化鲁米诺电化学行为发现,鲁米诺在修饰电极上出现了两个氧化峰,对应的两个发光峰依次为ECL-1和ECL-2,其中ECL-2的光强度随鲁米诺浓度变化更加显著；在中性的缓冲体系中,鲁米诺浓度在5×10-8～5×10～mol／L范围内与ECL-2的光强度呈良好的线性关系,检测限为1.7×10-8mol／L。通过加入共反应剂H2O2组成鲁米诺-H2O2 ECL体系,研究表明,H2O2的加入不但增强了鲁米诺的ECL发光信号,而且鲁米诺的ECL-2发光峰负移了150 mV,H2O2的浓度在1.0×10-8～1.0×10-5mol／L范围内与该发光峰的光强度呈良好的线性关系,检测限为5×10-9mol／L。此外,u-FePc纳米膜修饰电极具有良好的长期稳定性和重现性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 酞菁配合物的合成及性质

1.1.1 无取代酞菁配合物的合成及性质

1.1.2 取代酞菁配合物的合成及性质

1.2 酞菁配合物的催化应用研究

1.2.1 酞菁基修饰电极的制备

1.2.2.酞菁配合物在燃料电池方面的应用

1.2.3 酞菁配合物在电分析方面的应用

1.3 离子液体

1.3.1 离子液体的种类与性质

1.3.2 离子液体的制备

1.3.3 离子液体在电化学方面的应用

1.4 论文的选题

第二章 离子液体中电沉积制备无取代铁酞菁纳米膜

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与药品

2.2.2 仪器设备

2.2.3 [Omim]TFA离子液体的制备

2.2.4 电化学实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 [Omim]TFA离子液体的光谱表征

2.3.2 u-FePc在[Omim]TFA中的循环伏安电沉积

2.3.3 影响电沉积条件研究

2.4 本章小结

第三章 无取代铁酞菁纳米电沉积膜电催化亚硝酸根离子应用研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与药品

3.2.2 仪器设备

3.2.3 电化学实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 铁酞菁纳米膜修饰电极对电催化NO2行为研究

3.3.2 体系反应条件的影响和优化

3.3.3 铁酞菁纳米膜修饰电极对NO2检测的线性范围和检测限

3.4 本章小结

第四章 无取代铁酞菁纳米电沉积膜催化鲁米诺电致化学发光研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与药品

4.2.2 仪器设备

4.2.3 电化学实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 无取代铁酞菁纳米电沉积膜催化鲁米诺的电化学和电致化学发光行为研究

4.3.2 体系pH值对鲁米诺发光的影响

4.3.3 扫描速度对鲁米诺发光强度的影响

4.3.4 鲁米诺浓度对鲁米诺发光强度的影响

4.3.5 H2O2浓度对鲁米诺发光强度的影响

4.3.6 发光强度稳定性和重现性考察

4.4 无取代铁酞菁纳米膜催化鲁米诺电致化学发光机理

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文